[Dossier RE2020] #13 Retours d'expériences sur l'utilisation des sciences de la donnée pour la réalisation de projets E+C-

Comment les sciences de la donnée peuvent aider à l’accompagnement des porteurs de projets E+C- ? Depuis la phase amont jusqu’à la conception, les sciences de la donnée permettent d’engager des niveaux de performance environnementale et énergétique ambitieux dans les projets d’aménagement. Elles peuvent également évaluer les limites d’outils comme le BIM pour la mise à jour des analyses de cycle de vie (ACV). Vizcab propose un retour d’expérience auprès d’un promoteur répondant à un concours sur un projet d’aménagement complexe.

Engagement sur des niveaux E+C- en phase concours

Lorsque notre client, un promoteur, a fait appel à nous, il avait peu d’expérience sur des projets E+C-. Or, le cahier des charges auquel il devait répondre exigeait des niveaux ambitieux E3C2 pour tous les bâtiments. Les questions qu’il se pose alors sont les suivantes :

• Est-ce que je peux atteindre cet objectif ?
• À quel coût ?
• Comment oser s'engager alors que nous ne sommes qu’en phase concours, avec de nombreuses incertitudes et que le projet connaîtra encore de nombreuses itérations ?

L’approche de Vizcab et de ses outils repose sur un constat fort, où l’évaluation de la performance carbone sur la base d’une ACV détaillée d’un projet en phase concours/esquisse n’a pas de sens car elle est lourde à mettre en œuvre, dans un contexte où les moyens sont limités et apporte très peu de valeur ajoutée au processus de conception. Notre proposition, c’est l’exploration. En effet, à ce stade, environ 80% d’hypothèses doivent être faites pour réaliser une ACV, mais c’est également une opportunité, car elles constituent une formidable matière à explorer pour mettre les premiers choix de l’esquisse en perspective des objectifs de performance ciblés.

La méthodologie utilisée sur ce projet est la suivante :

• Générer 20 000 scénarios d’alternatives architecturales et techniques et simuler leurs performances énergétiques et environnementales grâce à Vizcab Explo. Cette base de connaissance spécifique au projet permet ensuite l’exploration potentielle de 2 milliards de scénarios supplémentaires grâce à l’entraînement d’un réseau neuronal artificiel.
• Estimer la faisabilité de l’objectif fixé par le donneur d’ordre, en observant la compatibilité entre cet objectif et les différents choix architecturaux et techniques
• Identifier les paramètres de conception qui impactent le plus la variabilité du résultat Énergie Carbone grâce à l’analyse de sensibilité.
• Réaliser des choix de conception qui permettent l’atteinte de l’objectif Énergie Carbone avec le calcul des indicateurs de flexibilité et de sécurité, selon un processus itératif.
• Disposer de valeur cible d’émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) pour chaque lot et chaque sous-lot comme budgets carbones pour la suite de la conception

Interface de visualisation des résultats sous Vizcab Explo

L’utilisation de Vizcab Explo a permis de mettre en avant :

• les bâtiments de l’opération immobilière de notre client sur lesquels les objectifs E3C2 étaient atteignables avec des coefficients de sécurité[1] et de flexibilité[2] élevés (i.e. >50%),
• les bâtiments sur lesquels des choix de conception spécifiques (structure bois, isolation biosourcée par exemple) devraient être réalisés pour atteindre ces objectifs,
• les bâtiments pour lesquels cet objectif E3C2 nous semblait irréaliste.

Par ailleurs, une incertitude importante persistait pour l’engagement sur des objectifs Énergie-Carbone : le type de fondations qui allaient être utilisées (réutilisation de fondations existantes ou pieux). Une analyse[3] sur les données publiques présentes sur l’observatoire E+C- pour les logements collectifs (165 opérations au moment de notre étude) nous avait permis d’identifier les paramètres techniques et architecturaux ayant le plus d’influence sur les produits de construction et équipements (PCE) :

 Résumé des résultats de l'algorithme Gradient Boosting : l’impact moyen sur la variabilité décrit la proportion d’une variable à induire une variabilité sur les émissions GES du contributeur PCE

Les fondations sont donc le deuxième paramètre ayant le plus d’influence. Pour plus de détail, le graphique ci-dessous montre effectivement que les fondations ont tendance à augmenter l’impact sur le contributeur PCE sauf pour les fondations superficielles en semelle filante. Toutefois, ces résultats sont à nuancer par la faible représentativité des autres types de fondations dans les données étudiées. En effet, 70 % des projets déposés et étudiés avaient des fondations en semelle filante. Par ailleurs, on peut également s’interroger sur la disponibilité de fiches spécifiques pour tous les types de fondations au moment où ont été réalisés les calculs.

Au vu de cette étude, nous avons conseillé à notre maître d’ouvrage de ne pas s’engager sur les objectifs de performance tant qu’il n’avait pas une idée précise des fondations qui allaient être mises en oeuvre[4].

Enfin, Vizcab Explo nous a permis de proposer pour chaque bâtiment une valeur cible d’émissions de GES pour chaque lot et chaque sous-lot (par exemple 100 kg éq. CO2/m² SDP maximum pour le lot 7[5] pour un bâtiment de logements) Les ACV réalisées lors des phases ultérieures de conception seront ainsi comparées à ces budgets pour identifier les éventuelles dérives, et s’assurer que l’objectif carbone souhaité par le MOA sera bien atteint à la livraison. Ces valeurs seuils ont également été utilisées pour modéliser certains lots en phase pré-PC (lot 7 par exemple car nous manquions d’informations pour le détailler).

Les avantages et les limites du BIM pour le suivi des ACV en conception

Après la phase concours, le délai pour déposer un PC était très serré : moins de 3 mois pour une opération de 15 bâtiments et d’une surface totale de 15 000 m². Une démarche BIM a été mise en place pour que tous les bâtiments aient une maquette à jour toutes les trois semaines minimum.

La promesse du BIM, c’est la possibilité de réaliser une ACV en cliquant sur un simple bouton, d’effectuer un changement sur la maquette et de visualiser instantanément les résultats sur l'impact carbone et sur les autres impacts environnementaux.

En réalité, avec un niveau LOD[6] 200 à ce stade, tous les éléments ne sont pas décrits dans la maquette ; par exemple, pour un simple mur il faudra renseigner un matériau structurel, un doublage et de la peinture dans l’ACV. Une intervention humaine et des hypothèses sur chaque élément est donc toujours nécessaire tant que le modèle n’est pas détaillé. De plus, même si l’on disposait d’un tel niveau de détails il faudrait encore pouvoir associer la bonne donnée environnementale au bon composant. Chez Vizcab, nous effectuons actuellement ce type de recherches grâce à de l’analyse sémantique et du machine learning, mais sur des projets beaucoup plus avancés (EXE a minima).

Toutefois, le BIM reste toujours intéressant car il permet de récupérer des quantitatifs sans avoir à en effectuer les métrés manuellement.

La démarche que nous avons mis en place pour actualiser facilement les ACV a donc été la suivante :

• Récupération des métrés via un export Excel depuis la maquette BIM
• Analyse de chaque élément et association de données environnementales
• Import des quantitatifs et des données environnementales associées dans Vizcab Eval (logiciel d’ACV accrédité E+C-) pour vérifier l’atteinte du niveau carbone

Bien entendu, le gain de temps a été considérable par rapport à un métrage sur plan mais l'automatisation complète est encore loin d’être possible. En effet, les maquettes n’évoluent pas aussi rapidement que les changements effectués suite aux réunions de conception car sur ce projet toute l’équipe de MOE ne travaille pas en BIM. De nombreuses informations présentes sur plan 2D sont donc contradictoires avec la maquette. De plus, l’étude de variantes poussées (structurelles ou thermiques) n’est pas compatible avec un niveau LOD 200. En effet, ces variantes nécessitent de rentrer dans un détail plus fin que les informations géométriques présentes dans la maquette, voir même de prendre en compte des éléments non spécifiés ou d’en enlever d’autres. Il faut donc utiliser la maquette BIM avec ses limites actuelles c’est-à-dire comme une source d’information sur le projet parmi d’autres.

Ainsi, les maquettes BIM ont été utiles pour gagner du temps sur les métrages pour ce projet. Mais à l’heure actuelle, est-on réellement capable d’utiliser le BIM pour automatiser des calculs ACV en conception sans qu’un nouveau mode de collaboration soit adopté par tous les intervenants du projet ? Combien de temps cela prendra-t-il ? A notre avis, il faudra encore quelques années avant que cela soit possible.

Pour conclure, ce retour d’expérience illustre l'intérêt des sciences de la donnée pour mieux maîtriser l’impact carbone lors des premières phases de conception grâce à une approche exploratoire en esquisse/concours mais également grâce à la possibilité de faciliter le lien entre BIM et ACV. Pour la suite de ce projet, nous allons également utiliser des approches statistiques pour aider à la sélection de produits à faible impact carbone.

Un article signé Un article signé Marine Foquet, CTO de Vizcab.io 

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Ce dossier est composé de contributions des membres de la Fédération CINOV, des adhérents Construction21 et de leurs partenaires. En animant ce dossier, la Fédération CINOV concoure ainsi aux échanges et à la réflexion sur la future réglementation environnementale. Le contenu des articles sont néanmoins publiés sous la seule responsabilité de leurs auteurs.